JP4592227B2

JP4592227B2 - 真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置及び方法

Info

Publication number: JP4592227B2
Application number: JP2001228143A
Authority: JP
Inventors: 幸介山下; 智昭田中; 眞角
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP2003041317A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉・電気炉・転炉等で製造した炭素含有の粗溶鋼を真空下において精錬する工程で、合金・副材を精錬炉内に添加するために設けたシール装置及びそのシール方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼を処理する真空精錬炉として、一般に、ＲＨ式、ＤＨ式、ＲＥＤＡ、ＶＯＤ、ＡＯＤ等が知られている。これらの炉を用いる精錬方法においては、真空下でＡｒ等の不活性ガスを吹きこみ溶鋼を攪拌しながら、脱炭、脱水素、脱硫等を行なう。また、上吹きランス、又は、溶鋼内に浸漬した羽口から酸素を吹き込み、真空下で、優先脱炭の原理を利用して精錬を行なうこともある。
【０００３】
そして、多くの場合、精錬を効率良く行なうため、又は、溶鋼の成分を最終的に調整するため、精錬途中または精錬終期に、溶鋼に合金や副材を添加する。
【０００４】
真空精錬中に、溶鋼に合金・副材を添加する場合、通常、精錬炉の上部に設置した合金中継ホッパーから、シュートを通して自然落下せしめて炉内に投入し、溶鋼に添加する。
【０００５】
図１に、従来の合金・副材添加孔のシール装置を示す。合金中継ホッパー７の上下にはシール弁が設けられていて、炉内への合金・副材の添加は、以下の手順に従って行なう。
【０００６】
（ａ）下部シール弁６を閉めて精錬炉内の真空を遮断し、上部シール弁１１を開いて、合金・副材を合金中継ホッパー７内に貯留する。
【０００７】
（ｂ）投入時期に至ると、上部シール弁１１を閉じ、別系統で炉内と繋がる均圧配管の弁を開けて合金中継ホッパー７の内部を真空状態にする。
【０００８】
（ｃ）合金中継ホッパー７の内部が炉内と同様の真空状態に至ると、下部シール弁６を開けて合金中継ホッパー７内に貯留している合金・副材を精錬炉内に投入する。
【０００９】
しかしながら、精錬炉中に、溶鋼を攪拌するために吹き込むＡｒや、脱炭を促進するために吹き込む酸素によって、精錬炉内では、地金・スプラッシュの吹き上げ、ダストの発生等が起きる。このため、炉内と繋がる合金・副材添加孔１２には地金が付着し、該付着により孔が閉塞する等のトラブルが起きやすい。
【００１０】
このトラブルの発生を抑制するため、合金・副材添加孔を、地金・スプラッシュの影響を受けにくい側壁に設けたり、槽高が大きい精錬炉の場合には、天蓋部に設けたりする対策が取られてきた。また、合金・副材添加孔を、上吹きランスの挿入孔と共用にする対策もなされているが、真空精錬炉の長期連続操業を考えた場合、いずれの対策も充分でないの実情である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、真空精錬炉において酸素を吹き込む場合、地金・スプラッシュの吹き上げが激しく起こる。特に、溶鋼中の炭素濃度が高いと、ＣＯが大量に発生し、このＣＯを含有する排ガスに随伴して、地金・スプラッシュの吹き上げが著しく激しくなる。
【００１２】
こうした状況下において、合金・副材添加孔を、地金・スプラッシュの影響を受けにくい側壁に設けることができない場合、又は、吹酸ランス孔と共用できない場合、合金・副材添加孔における地金付着・閉塞は回避し難い問題となる。
【００１３】
この解決策として、地金・スプラッシュの吹き上げを抑制できるような精錬条件で、例えば、吹酸速度を著しく下げる、真空度を下げる、吹酸開始の溶鋼中の炭素濃度を低減する等の方法を採用し得るが、これらの方法では、真空精錬を行なうことによる本来の冶金メリットが得られず、また、処理時間の長期化、エネルギーコストの増大というデメリットが問題となる。
【００１４】
そこで、本発明は、地金・スプラッシュの吹き上げが著しく激しくなる精錬条件下においても、合金・副材添加孔の閉塞を回避できるシール装置及びシール方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成するため、従来構造のシール装置及びシール方法について調査した。
【００１６】
合金添加孔はその性格上精錬炉の直上に設置せざるを得ず、よって精錬炉からのスプラッシュ・地金の吹き上げに曝されることとなるが、これを防ぐ手段として、ガスシールが有効である。しかし、ガスシールは、流速をある程度高くしなければ、吹上げられた地金・スプラッシュの侵入は防止できない。
【００１７】
一方、合金添加孔は、内径がφ４００mm〜６００mm程度有り、これに流速の高いシールガスを流そうとすると膨大な流量のシールガスが必要となる。
【００１８】
そこで、合金添加孔を物理的に擬似ランスのようなもので大部分の面積を占有させ、この擬似ランスと合金添加孔内面との隙間を狭くしてシールガスを流せば、比較的少量の流量で大きな流速を確保できる。更にシールガスの温度を予め高くしておけば、同一の流量であっても気体の膨張分だけ流速を高くできる。
【００１９】
シールガスの温度を高くする方法は、精錬炉の上部の天蓋部を遮蔽する中蓋の芯金を冷却するガスを利用してもよいし、排ガスダクト内で高温の排ガスと熱交換させてシールガスとして利用してもよい。
【００２０】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
【００２１】
（１）真空精錬炉の上部に設けた合金・副材添加孔をシールするシール装置において、合金・副材添加孔をシールする下部シール弁の下部に、擬似ランスが、弁体と一体構造に設置され、前記合金・副材添加孔の内壁と擬似ランスとのすき間にシールガスを吹き付けるシール孔が設置され、前記擬似ランスを備えた下部シール弁を昇降し、投入される前記合金・副材と前記擬似ランスとの干渉を回避する、一対の昇降装置が、前記合金・副材投入シュートの両側に配置され、前記一対の昇降装置の連結バーの上部に繋がれた、前記下部シールと連結したロッドが設置されたことを特徴とする真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置。
【００２４】
（２）前記下部シール弁と擬似ランスが、合金・副材投入シュートの両側に設置した昇降装置に連結されていることを特徴とする前記（１）記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置。
【００２５】
（３）真空精錬炉の上部に設けた合金・副材添加孔を下部シール弁でシールする方法において、前記合金・副材投入シュートの両側に配置された一対の昇降装置の連結バーの上部に、前記下部シール弁と連結したロッドを繋いで、前記擬似ランスを備えた下部シール弁を昇降して、投入される前記合金・副材と前記擬似ランスとの干渉を回避し、下部シール弁の下方に擬似ランスを弁体と一体構造に設け、擬似ランスの周辺からシールガスを吹き込むことを特徴とする真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方法。
【００２６】
（４）前記シールガスの吹き込み量を、真空精錬炉の操業状態に応じて制御することを特徴とする前記（３）記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方法。
【００２７】
（５）前記シールガスとして、合金・副材添加孔の下部に配置した中蓋の芯金の冷却に使用した冷却ガスを利用することを特徴とする前記（３）又は（４）記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方法。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図２に、本発明のシール装置の一態様を模式的に示す。真空精錬炉１で真空脱炭処理を行う場合、該炉１の上部を真空蓋３で覆い、さらに、真空蓋３の下方空間の上部には、地金・スプラッシュの吹き上げを防止するため、中蓋４を配置する。しかし、中蓋４の中心部は、合金・副材の添加のために大きな開口部となっていて、通常、吹き上げられた地金は、真空蓋３に設けた合金・副材添加孔１２に直接到達する。
【００２９】
そこで、本発明においては、下部シール弁６の下部に、擬似ランス５を弁体と一体構造となるように設置する。さらに、本発明では、合金・副材添加孔１２の内壁に、擬似ランス５の側壁にシールガス（窒素）を吹き付けるシール孔９を設置した。擬似ランス５の側壁と合金・副材添加孔の内壁との隙間は狭い程シール効果が向上するが、下部シール弁６と擬似ランス５の昇降時における揺れや、不可避的な若干の地金の付着を考慮して、隙間の間隔を設定する必要がある。例えば、１０〜２０ｍｍの間隔を設けることが好ましい。
【００３０】
下部シール弁６と擬似ランス５は、通常、上部に配置した昇降装置（図２中に図示なし）に連結され、空気圧又は油圧或いはシーブを介したウィンチによって昇降される。上記昇降装置による昇降時の揺れをより小さく抑えることができれば、擬似ランス５の側壁と合金・副材添加孔の内壁との隙間をより狭くし、シール効果を高めることができる。
【００３１】
また、擬似ランス５を備えた下部シール弁６を昇降する際においては、合金・副材の投入時、合金・副材との干渉を回避するため、昇降ストロークを長く取る必要がある。すなわち、少なくとも、従来の昇降ストロークより、擬似ランスの高さ分、長く取る必要がある。
【００３２】
しかし、真空精錬炉１の上方空間は、通常、合金・副材等を搬送・投入し、貯留するコンベアーやホッパー等の設備機器、及び、真空精錬炉を真空とするための真空蓋や真空ダクト、及び、それらの昇降装置、付帯装置等が配置されていて、極めて狭隘な空間となっているので、ストロークの長い昇降装置を配置するのは難しい。
【００３３】
そこで、本発明においては、この対策として、図３に示すように、合金・副材投入シュートの両側に一対の昇降装置８（例えば、エアーシリンダー、油圧シリンダー）を配置し、該昇降装置の連結バーの上部に、下部シール弁と連結したロッドを繋ぎ、これを一対の昇降装置８で上方へ押し上げることにより弁体（下部シール弁と擬似ランス）を上昇又は下降させる。
【００３４】
この対策により、真空精錬炉１の上方の狭隘な空間を有効に使用して、擬似ランス５付きの下部シール弁６の昇降ストロークを長くとることが可能となり、本発明では、擬似ランス５が、合金・副材の投入時、合金・副材と干渉することはない。
【００３５】
一方、上部空間に多少の余裕がある場合は、下部シール弁とダミーランスを一体構造とせず、下部シール弁は中間真空ホッパーに設置し、ダミーランスは単独に合金・副材添加孔に設置してもよい。
【００３６】
ただし、この場合、両者を連動して昇降させることにより円滑な合金投入とシール性を維持できる。
【００３７】
さらに、本発明においては、シール効果をより高めるため、合金・副材添加孔の内壁に、擬似ランス５にシールガス（主として窒素）を吹き付けるシール孔９を設置する（図２、３、参照）。
【００３８】
シールガスの流量は、精錬条件に合わせ、適宜、流量調節弁（図示なし）により制御可能である。溶鋼中の炭素濃度が高く、吹酸速度が大きい脱炭初期から中期に至る間は、地金・スプラッシュの吹き上げが激しいので、シールガスの流量を大きくし、溶鋼中の炭素濃度が減少し、地金・スプラッシュの吹き上げが小さくなる脱炭中期から末期においては、シールガスの流量を低減する。
【００３９】
脱炭末期におけるシールガスの流量低減は、炉内の真空度の向上にも寄与するので、冶金反応を有利に進めると同時に、溶鋼中の窒素濃度の低減にも有効である。
【００４０】
また、合金・副材の添加時は、合金・副材が炉内へスムースに流れるように、シールガスの流量を低減することが好ましい。この時、地金・スプラッシュが合金・副材添加孔へ侵入し、内壁に付着することが懸念されるが、同時に、合金・副材が該添加孔を通るので、地金・スプラッシュの侵入は全く問題とならない。
【００４１】
一方、シールガスの吹込み方法は、前述の方法以外に、ダミーランスおよび下部シール弁のロッドを介して外部からダミーランス内に導入して、ダミーランスの周囲に設置した複数の孔から合金添加孔内壁に吹き出す方法もある。
【００４２】
図中に示すように、真空蓋の下方空間の上部には、地金・スプラッシュの吹き上げを防止するため、中蓋４を配置するが、中蓋４は不活性ガス（主として窒素）により冷却されている。
【００４３】
本発明においては、上記不活性ガスを、シール孔９から擬似ランス５に向けて吹き付けるシールガスとして利用できる。
【００４４】
通常、中蓋４の芯金を冷却したガスは、供給ルートとは逆方向に送られ大気中に放出されるが、該ガスは、温度が高く、かつ、ガス放出時の騒音が問題となるので、その取り扱いのため、複雑な設備で対応せざるを得ないことなり、結局、投資コストが増大する。
【００４５】
本発明においては、中蓋４の芯金を冷却したガスを、上記シール孔から擬似ランス５に向けて吹き付けるシールガスとして利用するので、大気放出のための設備が不要となり、狭隘な設備空間への余分な配管・装置等の設置を回避し、設備費の削減を図ることができる。
【００４６】
また、本発明においては、中蓋の芯金を冷却するガスと、シール孔から吹き込むシールガス（両者とも主として窒素）の供給源を共用することができるので、ガスコストの低減を図ることができる。
【００４７】
さらに、中蓋の芯金の冷却に使用したガス（窒素）は、ガス温度が高くなっているので、同一流量をシールガスとして使用しても、シール孔のノズルから放出されて、合金・副材添加孔の内壁と擬似ランスとの隙間を通る時のガス流速が大きくなり、その結果、地金・スプラッシュの侵入をより防止でき、シール効果が大きくなる。
【００４８】
中蓋を使用しない場合は、シールガスを直接合金添加孔に吹込むが、ガス温度を高くして流速を高くする効果を得るため、予め高温の排ガスダクト内に配管して熱交換を行い、シールガス温度を高くして合金添加孔に吹込む方法も、本発明に含まれる。
【００４９】
シールガスとしては、主として窒素を使用するが、不活性であればよく、窒素の他、Ａｒ、ＣＯ₂、蒸気等を単独で用いることができるし、また、これらのガスを混合して使用することもできる。
【００５０】
ダミーランスは、高温に晒されるため耐火物を一部配置することが好ましい。また、水冷、空冷等の冷却を行うことも可能であり、これらの方法も全て本発明に含まれる。
【００５１】
以下に、本発明をＡＯＤ炉による真空精錬に適用した実施例について説明するが、本発明は、実施例で用いた諸条件に限定されるものではない。
【００５２】
【実施例】
（実施例）
電気炉にて溶解した溶鋼中［Ｃ］＝１．３％のステンレス粗溶鋼をＡＯＤ炉において、まず、大気下にて、溶鋼中［Ｃ］＝０．６％になるまで、脱炭精錬を行い、引き続き、本発明を適用し、真空下にて、溶鋼中［Ｃ］＝０．０３になるまで、脱炭精錬を行った。
【００５３】
この精錬過程において、特に、合金投入シュートへの地金の吹き上げ・付着、さらには、閉塞等のトラブルはなく、操業を終了することができた。また、精錬過程において、ステンレス溶鋼中のクロムの酸化ロスが大幅に減少した。その結果、酸化クロムを還元するフェロシリコンの原単位や、副材の生石灰、酸素原単位、Ａｒ原単位等を大幅に削減することができ、結局、操業コストを大幅に低減することができた。さらに、精錬時間を短縮することができたので、生産性が向上した。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、精錬過程において、地金・スプラッシュの吹き上げによるトラブルがなく、かつ、合金・副材添加孔におけるシールを充分になすことができるので、原料・副原料の原単位を大幅に削減し、かつ、操業時間を短縮でき、操業コストを大幅に低減することができる。
【００５５】
したがって、本発明は、真空精錬による鋼の製造において、生産性の向上に寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の真空精錬装置におけるシール装置を模式的に示す図である。
【図２】本発明によるシール装置の一態様を示す図である。
【図３】本発明によるシール装置の他の態様を示す図である。
【符号の説明】
１…真空精錬炉
２…排気ダクト
３…真空蓋
４…中蓋
５…擬似ランス
６…下部シール弁
７…合金中継ホッパー
８…昇降装置
９…シール孔
１０…合金投入シュート
１１…上部シール弁
１２…合金・副材添加孔

Claims

真空精錬炉の上部に設けた合金・副材添加孔をシールするシール装置において、合金・副材添加孔をシールする下部シール弁の下部に、擬似ランスが、弁体と一体構造に設置され、前記合金・副材添加孔の内壁と擬似ランスとのすき間にシールガスを吹き付けるシール孔が設置され、前記擬似ランスを備えた下部シール弁を昇降し、投入される前記合金・副材と前記擬似ランスとの干渉を回避する、一対の昇降装置が、前記合金・副材投入シュートの両側に配置され、前記一対の昇降装置の連結バーの上部に繋がれた、前記下部シールと連結したロッドが設置されたことを特徴とする真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置。
前記合金・副材添加孔の下部に、中蓋が配置されていることを特徴とする請求項１記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置。
真空精錬炉の上部に設けた合金・副材添加孔を下部シール弁でシールする方法において、前記合金・副材投入シュートの両側に配置された一対の昇降装置の連結バーの上部に、前記下部シール弁と連結したロッドを繋いで、前記擬似ランスを備えた下部シール弁を昇降して、投入される前記合金・副材と前記擬似ランスとの干渉を回避し、下部シール弁の下方に擬似ランスを弁体と一体構造に設け、擬似ランスの周辺からシールガスを吹き込むことを特徴とする真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方法。
前記シールガスの吹き込み量を、真空精錬炉の操業状態に応じて制御することを特徴とする請求項３記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方法。
前記シールガスとして、合金・副材添加孔の下部に配置した中蓋の芯金の冷却に使用した冷却ガスを利用することを特徴とする請求項３又は４記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方法。